小麦抗白粉病基因Pm21的分子标记和分子标记辅助选择

1AS
Sonora
1AS
Kolibri
1AS
Wl150
1AS
Michigan
1AS
Aristide
1AS
Abessi
1AS
N324
Pm3j Pm4a
普通小麦 T.aestivum 栽培二粒小麦 T.dicoccum
1AS
GUS122
2AL
Khapli/8*
Pm4b (Mle)
波斯小麦 T.carthlicum
2AL
Pm4c(Pm23) 普通小麦 T.aestivum
2AL
Pm4d
栽培一粒小麦 T.monococcum
2AL
Pm5a (Mli)
栽培二粒小麦 T.dicoccum
7BL
Pm5b
普通小麦 T.aestivum
7BL
Pm5c
普通小麦 T.aestivum
7BL
Pm5d
普通小麦 T.aestivum
表 1 已知白粉病抗病基因的来源、染色体定位、代表品系 Table 1 The original source, typical varieties and chromosomal location of powdery mildew resistance genes in wheat
基因 Genes
1.1.1 小麦抗白粉病基因的来源 小麦抗白粉病基因共有三类来源：一类来源于普通小麦，包括Pm1a、Pm1e、Pm3、
Pm4c、Pm5b-5e、Pm9、Pm10、Pm11、Pm14、Pm15、Pm24、Pm28、Pm38和Pm39； 第二类来源于小麦近缘种，包括Pm1b、Pm4d(栽培一粒小麦)，Pm1c(一粒小麦)、Pm1d(斯 卑尔脱小麦)，Pm4a、Pm5a(栽培二粒小麦)，Pm4b、Pm33(波斯小麦)，Pm6、Pm27、Pm37(提 莫菲维小麦)，Pm16、Pm26、Pm30、Pm31、Pm36、Pm41、Pm42(野生二粒小麦)和Pm25(野 生一粒小麦)；第三类来源于小麦近缘属，包括Pm7、Pm8、Pm17、Pm20(黑麦)，Pm12、 Pm32(拟斯卑尔脱山羊草)，Pm13(高大山羊草)，Pm2、Pm19、Pm34、Pm35(粗山羊草)， Pm21(簇毛麦)、Pm29(卵穗山羊草)和Pm40、Pm43(中间偃麦草)。(表1) 1.1.2 小麦抗白粉病基因的染色体定位
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山东农业大学硕士学位论文
1 前言
1.1 小麦抗白粉病基因及其分子标记
抗白粉病基因(powdery mildew resistance gene，Pm)是由 Waterhouse 于1930年首次 在小麦品种Thew中发现的，此后，各国的科学家在普通小麦及其近缘种、属中陆续发现 了许多抗性基因。近年来，很多学者对小麦抗白粉病基因的来源、染色体定位、分子标 记、利用和评价等方面进行了研究，取得了一些列研究成果。
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组的分布来看，在A染色体组目前已鉴定了26个抗病基因位点，是白粉病抗病基因的分 布最多的染色体组。3A、3D、4D、5A和6D上至今还没有发现白粉病抗病基因的报道。 Gill(1996a，1996b)对这些基因的定位结果和小麦基因密集区域的遗传图谱进行研究后发 现，白粉病抗病基因是以基因簇的形式存在于染色体的某些基因富集区段，这些区域标 记密度高、物理和遗传距离的比率较低，因此定位于这些区段的基因克隆较为有利。到 目前为止，人们已正式命名了抗白粉病基因40个位点的60个主效基因，Pm18、Pm22和 Pm23已分别被重新定名为Pm1c(Hsam等，1998)、Pm1e(Singrün等，2003)和Pm4c(Hao等， 2008)，其白粉病抗病基因的来源、染色体定位结果见表1。
Pm14
普通小麦 T.aestivum
Pm15
普通小麦 T.aestivum
Pm16
野生二粒小麦 T.dicoccoides
7BL
Armada Line 81-7241 einkorn Hope Ibis Kolandi IGV 1-455
Pm5e
普通小麦 T.aestivum
7BL
Fuzhuang30
Pm6 (Mlf)
提莫菲维小麦 T.timopheevi
2B
Timalen
Pm7 Pm8 Pm9 Pm10 Pm11
黑麦 Secale 黑麦 Secale 普通小麦 T.aestivum 普通小麦 T.aestivum 普通小麦 T.aestivum
T4BS.4BL/5RL T1BL/1RS 7AL 1D 6BS
Transe Kavkaz Normandie Norin4 Chinese Spring
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表 1 续(table 1 continued)
Pm12
拟斯卑尔脱山羊草 A. speltoide
Pm13
高大山羊草 A. longissima
英文缩略词
Abbreviation
AFLP: amplified fragment length polymorphism, 扩增片段长度多态性 RFLP: restriction fragment length polymorphism, 限制性片段长度多态性 RAPD: random amplified polymorphic DNA, 随机扩增多态性 SCAR: sequence characterized amplified region，序列特异性扩增区 SSR: simple sequence repeats, 简单重复序列 STS: sequence tagged site, 序列标签位点 EST: expressed sequence tag, 表达序列标签 SSLP: simple sequence length polymorphism, 简单序列长度多态性 CAPs: cleaved amplified polymorphic sequence, 切割扩增的多态性序列 TRAP: target region amplified polymorphism, 目标区域扩增多态性 cSSR: expressed sequence tag-SSR, 基因编码区的简单重复序列 SNP: single nucleotide polymorphism, 单核苷酸多态性 DNA: doxyribonucleic aicd, 脱氧核糖核酸 cDNA: complementary DNA, 互补 DNA PCR: polymerase chain reaction, 聚合酶链式反应 bp: base pair, 碱基对 cM: centi Morgan, 里摩 Rpm: round per minute, 转/分钟 dNTP: deoxy-ribonucleoside triphosphate, 三磷酸脱氧核糖核苷 EDTA: ethylene diamine tetraaceti acid, 乙二胺四乙酸 Taq: therums aquatius DNA (polymerase), 耐热噬菌体 DNA 聚合酶 Tris: tris (hydroxymethyl) aminomethane, 三(羟甲基)氨基甲烷 EB: ethidium Bromide, 溴化乙锭 RIL: recombinant inbred line, 重组近交系 DH: doubled haploid, 加倍单倍体或双单倍体 BSA: bulked segregant analysis, 分离群体分组分析法 PSG: preferred small groups, 优选小群体
来源 Sources
定位 Location
代表品系 Typical varieties
Pm1a
普通小麦 T.monococcum
7AL
Pm1c(Pm18) 野生一粒小麦 T.boeoticum
7AL
Pm1d
斯卑尔脱小麦 T.spelta
7AL
Pm1e(Pm22) 普通小麦 T.aestivum
随着 DNA(doxyribonucleic aicd，脱氧核糖核酸)分子标记技术的发展及应用，小麦 抗白粉病基因定位的可靠性也得到了提高。如利用单体分析曾将 Pm12 定位于 6A 上， Jia 等(1996)通过 RFLP(restriction fragment length polymorphism，限制性片段长度多态性) 分析将其重新定位于 6BS-6SS.6SL 上；Pm16 曾被定位到 4A 上，Chen 等(2005)通过 SSR(simple sequence repeats，简单重复序列)分析将其重新定位在 5BS 上；Pm24 原定位 于 6D 上(Huang 等，1997b)，Huang 等(2000)通过 SSR 分析将其重新定位于 1D 上；Peusha 等(1996)通过单体分析将 Pm22 定位于 1D 染色体上，Singrün 等(2003)通过 SSR 和 AFLP(amplified fragment length polymorphism，扩增片段长度多态性)分析将其重新定位 于 7A 染色体上，并且认为 Pm22 为 Pm1 的等位基因，重新定名为 Pm1e。
目前定位的白粉病抗病基因分布于小麦的16条染色体上，包括来自黑麦的1B/1R易 位染色体和簇毛麦的6VS/6AL易位染色体，这些抗病基因在小麦7个染色体部分同源群 内的分布是不均匀的。从表1的结果可以看出，在第1和第7部分同源群抗病基因数量最 多，各有17个，第3和第4部分同源群含有的抗白粉病基因最少，各有2个。就各染色体
1AS
Chul
Pm3c (Mls) Pm3d (Mlk) Pm3e Pm3f Pm3g (Mlar) Pm3h Pm3i
普通小麦 T.aestivum 普通小麦 T.aestivum 普通小麦 T.aestivum 普通小麦 T.aestivum 普通小麦 T.aestivum 普通小麦 T.aestivum 普通小麦 T.aestivum
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7AL
Pm2
粗山羊草 Ae.tauschii
5DS
Axminster/8*Cc MocZlatka M1N T.speltavarduhamelianumTRI2258
Maris
Pm3a (Mla) Pm3b (Mlc)
普通小麦 T.aestivum 普通小麦 T.aestivum
1AS
Asosan
APR: adult plant resistance, 成株抗性 Pm: powdery mildew (resistance gene), 抗白粉病基因 Lr: leaf rust (resistance gene), 抗叶锈病基因 Sr: stem rust (resistance gene), 抗杆锈病基因 Yr: stripe rust (resistance gene), 抗条锈病基因 MAS: marker-assisted selection, 标记辅助选择 SLS-MAS: single large-scale MAS, 大型分离群体标记辅助选择 QTL: quantitative trait loci, 数量性状基因位点 PUP: phosphorus uptake, 磷利用效率 UTE: utilization efficiency, 磷吸收效率 HMW-GS: high molecular weight glutenin subunit, 高分子量麦谷蛋白亚基 PSY: phytoene synthase, 八氢番茄红素合成酶 PPO: polyphenol oxidase, 多酚氧化酶